Comment choisir son transfo pour cellule à bobine mobile

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Message  Selkie_boy Dim 19 Déc 2021 - 13:00

Bonjour à tous,

Suite au questionnement de Oydes sur un autre sujet, ci joint un lien qui explique assez simplement comment choisir son transfo:

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Pour ceux qui ne parlent pas Anglais j'ai passé le texte à la traduction Google automatique.

Attention cette traduction est "approximative" et si vous parlez Anglais mieux vaut vous référer au texte original. L'original contient aussi des Photos et tableaux tres intéressants.

Les transformateurs élévateurs pour cellules à bobine mobile sont les éléments les plus ésotériques et les plus méconnus du monde de la hi-fi, ce qui explique en partie pourquoi ils sont si peu utilisés.  

C'est bien dommage car l'utilisation d'un bon transformateur donne les meilleures performances possibles à partir d'une cellule à bobine mobile.  Cet article a pour but de démystifier le sujet et de permettre au lecteur de sélectionner un transformateur adapté en toute sérénité.  

Je m'excuse d'avance si certains calculs deviennent un peu déroutants et causent plus de confusion que moins.  Malgré la complexité apparente, les conclusions sont assez simples et vous pouvez simplement passer au bas de la page pour les recommandations.

Pour plus d'informations sur les transformateurs spécifiques aux cartouches Denon, cliquez ici.

le principe de fonctionnement de la cartouche :

Les cartouches magnétiques mobiles, comme leur nom l'indique, contiennent des aimants qui sont déplacés par le porte-à-faux du stylet, et le mouvement induit la tension du signal dans des bobines fixes à proximité immédiate des aimants.  

Dans les cartouches à bobine mobile, les rôles sont inversés, donc maintenant les aimants sont fixes et les bobines se déplacent.  Le gros avantage des bobines mobiles est que les bobines sont beaucoup plus légères que les aimants, elles sont donc beaucoup plus sensibles au mouvement du stylet.

Le gros inconvénient est que la tension de sortie des cartouches à bobine mobile est d'environ 20 dB inférieure à celle des aimants mobiles, donc un gain supplémentaire de 20 dB est nécessaire.  

Le gain supplémentaire peut être fourni par l'amplificateur phono, par un dispositif externe appelé préampli ou par un transformateur.  La solution la plus couramment trouvée est d'augmenter le gain dans le phonostage, mais les transformateurs élévateurs sont toujours la meilleure solution où le coût n'est pas un problème.

pourquoi utiliser un transformateur ?

Autrefois, il était impossible d'obtenir un bon rapport signal/bruit à partir d'une cellule à bobine mobile sans transformateur élévateur.  

Un gain supplémentaire de 20 ou 30 décibels n'était pas un problème, mais le faire avec un faible bruit à l'aide de lampes, de transistors ou d'amplificateurs opérationnels était un problème.  

Les transistors et les amplificateurs opérationnels modernes peuvent désormais offrir de bien meilleurs rapports signal/bruit, mais les vannes ont encore généralement besoin de transformateurs pour fonctionner correctement avec des cartouches à bobine mobile à faible sortie.  

Une alternative au transformateur élévateur est le casque (ou pré-préampli).  Il s'agit d'un transistor ou d'un amplificateur opérationnel qui élève la sortie des cartouches à bobine mobile jusqu'au niveau de l'aimant mobile.  Rothwell propose le Headspace en tant que casque de haute qualité et à faible bruit.

Mis à part le problème du bruit, la qualité sonore des transformateurs est quelque chose que leurs défenseurs ne jurent que par.  La distorsion produite par les transformateurs audio est d'une nature complètement différente de celle produite par un amplificateur à transistor.  

La distorsion harmonique dans les transformateurs est la plus élevée aux fréquences les plus basses et diminue rapidement lorsque la fréquence augmente, tandis que dans les amplificateurs à transistors, la distorsion augmente plus généralement lorsque la fréquence augmente.  

Plus important encore, la distorsion d'intermodulation a tendance à être plus faible dans les transformateurs que dans les amplificateurs à transistors.  Le résultat est que bien que les transformateurs ne soient pas absolument exempts de distorsion (rien ne l'est), la distorsion est très bénigne par rapport à la distorsion produite par de nombreux amplificateurs à transistors.  

Cela explique pourquoi le son produit lorsqu'une cellule à bobine mobile est utilisée avec un bon transformateur est si sublime et peut créer une scène sonore ouverte et spacieuse avec une séparation étonnante entre les instruments.

L'affaire contre les transformateurs est simplement une affaire de coût.  Les transistors peuvent être aussi bon marché que quelques centimes (ou moins lorsqu'ils sont achetés en quantités suffisantes) alors que les transformateurs coûtent toujours beaucoup plus, jusqu'à un facteur de plusieurs milliers, en raison des matériaux coûteux utilisés dans le noyau et du coût du  enroulements de cuivre en termes de matériaux et de main-d'œuvre.

chargement de la cartouche

Avant d'examiner comment faire correspondre une cellule à bobine mobile avec un transformateur, il convient de considérer les effets des différentes charges sur les cellules à bobine mobile.

Lorsqu'une source de signal est connectée à une impédance de charge, un diviseur de potentiel est formé par l'impédance de sortie de la source et l'impédance de charge.  

(L'impédance de sortie est également connue sous le nom d'impédance de source ou d'impédance interne. L'impédance de charge est également connue sous le nom d'impédance d'entrée.) La source du signal peut être une cartouche phono, un microphone, un lecteur CD, une table de mixage, etc., peu importe  .  

La charge peut être un phonostage, un mélangeur, un transformateur ou simplement une résistance - encore une fois, cela n'a pas d'importance.  Le diviseur de potentiel formé par les impédances de source et de charge agit comme un atténuateur ou un contrôle de volume préréglé.  

Si l'impédance de charge est très supérieure à l'impédance de la source, l'atténuation est faible et le contrôle de volume préréglé efficace est proche du maximum.  

La règle habituelle pour les équipements audio en général est d'alimenter le signal dans une charge au moins dix fois supérieure à l'impédance de la source pour éviter toute perte de signal significative, et cela s'applique aux cellules à bobine mobile autant qu'à toute autre chose.  

Si l'impédance de charge est 10 fois supérieure à l'impédance de la source, le signal perdu par le « contrôle de volume prédéfini » est inférieur à 1dB, c'est-à-dire que la quasi-totalité du signal généré par la source est disponible pour l'amplificateur suivant.  

Toute perte de signal à l'interface source/charge est généralement considérée comme une mauvaise chose car elle compromet le rapport signal/bruit.  Plus de signal est perdu, c'est-à-dire que le contrôle de volume préréglé est baissé davantage, si l'impédance de charge n'est pas significativement plus élevée que l'impédance de la source.  

Lorsque les impédances de source et de charge sont égales, la perte de signal est de 6 dB.  Lorsque l'impédance de la source est 9 fois supérieure à l'impédance de charge, la perte de signal est de 20 dB.  

La plupart des cartouches à bobine mobile modernes ont une impédance de source d'environ 10 ohms et la règle « impédance de charge dix fois l'impédance de source » suggère que 100 ohms est un bon choix pour l'impédance de charge et provoque moins de 1 dB de perte de signal.  

Ceci est bien conforme aux recommandations de nombreux fabricants de cartouches (voir le tableau de données ci-dessous).  Tout ce qui dépasse 100 ohms devrait convenir également.

L'équilibre tonal de la cartouche change-t-il avec l'impédance de charge ?  C'est certainement le cas si la cartouche est du type à aimant mobile, mais les cartouches à bobine mobile à faible rendement sont beaucoup moins sensibles aux changements d'impédance de charge.  

Les utilisateurs prétendent parfois que les impédances de charge plus élevées produisent un son plus brillant que les plus faibles, mais les fabricants de cartouches ont tendance à ne pas être précis sur les impédances de charge recommandées, recommandant souvent une large plage ou simplement tout ce qui est supérieur à une impédance minimale.

La recommandation de Rothwell Audio Products est conforme à Ortofon, Audio Technica et la plupart des autres fabricants de cartouches - que 100 ohms est une bonne valeur pour la plupart des cartouches, et que la valeur exacte n'est pas critique tant qu'elle est bien au-dessus de l'impédance source de la cartouche  .

Une chose est sûre, c'est que l'impédance de charge ne doit pas être égale à l'impédance source de la cartouche.  Cela produirait une perte de signal de 6 dB (quand il n'y a souvent que quelques centaines de microvolts pour commencer) et compromettrait sérieusement le rapport signal sur bruit.  

L'idée qu'avoir l'impédance de charge égale à l'impédance de la source permet d'obtenir une « correspondance » parfaite est fausse et est le mythe le plus répandu sur les cartouches à bobine mobile.  

Cela donne également lieu à la plupart des confusions entourant les transformateurs élévateurs et la façon de sélectionner le bon pour une cartouche donnée.  Les raisons du mythe de l'« impédance adaptée » sont examinées ci-dessous.

le rapport de transformation du transformateur et le rapport d'impédance

Le rapport de tours d'un transformateur est le rapport du nombre de tours de fil sur l'enroulement primaire au nombre de tours de fil sur l'enroulement secondaire, et la tension sur le primaire est augmentée (ou diminuée) du même rapport que  le rapport de tours et apparaît sur le secondaire.  

Un transformateur avec un rapport de tours de 1:10, par exemple, augmentera une tension à son primaire d'un facteur dix.  

Cependant, étant donné que les transformateurs sont des dispositifs totalement passifs sans alimentation électrique à partir de laquelle tirer de l'énergie, aucune puissance supplémentaire ne peut être produite par un transformateur et une augmentation de la tension s'accompagnera d'une diminution correspondante du courant.  

C'est ce qui donne naissance à la notion de rapport d'impédance.  Le rapport d'impédance est le carré du rapport de tours et fait apparaître une impédance sur l'enroulement secondaire d'un transformateur à une source alimentant le primaire comme cette impédance transformée par le carré du rapport de tours.  

Le transformateur lui-même n'a pas d'impédance, mais une impédance d'un côté ressemblera à une impédance différente de l'autre côté (il fonctionne dans les deux sens).  

Dans le cas, par exemple, d'un transformateur élévateur 1:10, une impédance de 20k sur l'enroulement secondaire semblera être une impédance de 200 ohms sur l'enroulement primaire (20 000 divisé par 10 au carré égale 200).  

Un transformateur élévateur 1:2 avec une charge de 100k sur le secondaire semblerait avoir une impédance d'entrée vers une source entraînant le primaire de 25k (100k divisé par 2 au carré égale 25k).

Ainsi, il semblerait logique qu'une cartouche avec une tension de sortie de, par exemple, 0,5 mV, lorsqu'elle est utilisée avec un transformateur élévateur avec un rapport de tours de 1:10, produise 5 mV à la sortie du transformateur.  

Oui, ce serait le cas si l'impédance de la source de la cartouche (également connue sous le nom d'impédance interne ou d'impédance de bobine) était de zéro.  

En pratique, avec des cartouches à faible impédance d'environ 10 ohms ou moins et des transformateurs à faible rapport (moins d'environ 1:20), la tension de sortie du transformateur est très proche de la tension de sortie de la cartouche multipliée par le rapport de tours et peut être utilisée en toute sécurité comme un  bonne approximation du premier ordre pour l'orientation.

 Cependant, l'impédance de la source de la cartouche peut être faible mais elle n'est jamais nulle, et la charge secondaire transformée doit être prise en compte pour une analyse plus précise.  

Considérons comme exemple un transformateur avec un rapport 1:10 et une cartouche avec une bobine de 10 ohms.  Si la charge sur le secondaire du transformateur est un phonostage MM avec une impédance de 47k, cette charge apparaît à la cartouche comme 470 ohms (47 000 divisé par 10 au carré) et doit être entraînée par la bobine de 10 ohms.  

La charge de 470 ohms et la source de 10 ohms forment un diviseur de potentiel (le « contrôle de volume prédéfini » décrit dans la section précédente) avec une partie de la tension de la cartouche tombée sur sa propre impédance interne de 10 ohms.  

La proportion de chute en interne est de 10/(470+10) = 0,0208, ce qui n'est pas beaucoup du tout – seulement 0,2 dB.  L'écart par rapport à l'approximation du premier ordre est faible et ne mérite probablement pas de s'inquiéter, mais il est là.  

C'est lorsque des rapports de virage plus élevés sont utilisés avec des impédances de source plus élevées que l'effet diviseur potentiel devient significatif.  Considérez une cartouche avec une bobine de 40 ohms et un transformateur avec un rapport de 1:30.  

La charge de 47k sur le secondaire apparaît maintenant comme 52 ohms du côté primaire.  Lorsqu'il est alimenté par une source de 40 ohms, le diviseur de tension est formé de 52 ohms et 40 ohms.  

Par conséquent, la proportion de signal tombé à travers la bobine de la cartouche est de 40/(40+52) = 0,43, ce qui est très significatif - près de la moitié de la tension produite par la cartouche est perdue en interne.  

Alors que seulement 0,2 dB a été perdu dans l'exemple précédent, ici la perte de signal est de 5 dB, et au lieu d'atteindre une tension de signal à la sortie du transformateur de 30 fois la sortie de la cartouche, la sortie n'est que de 0,43x30 fois la sortie de la cartouche, c'est-à-dire  une élévation de tension efficace de seulement 13 fois, pas 30 fois.  

De toute évidence, augmenter le rapport de transformation du transformateur d'un facteur X n'augmente pas la tension de sortie du même facteur.  

Au fur et à mesure que le rapport de tours augmente, l'augmentation de la tension de sortie diminue à mesure que la charge sur la cartouche devient de plus en plus importante jusqu'à ce qu'un point soit atteint où l'augmentation du rapport de tours provoque en fait une chute de la tension de sortie.

Le point auquel la tension maximale possible à la sortie du transformateur est atteinte lorsque la charge transformée est égale à l'impédance de la source.  Dans le cas d'une charge secondaire de 47k (l'impédance de charge habituelle d'un phonostage MM) et d'une cellule MC de 40 ohms, le rapport de tours devrait être de 1:34,28 pour obtenir la tension de sortie maximale absolue.  C'est parce que 40x34.28x34.28 = 47000

C'est ce qui donne lieu à l'idée erronée que le transformateur doit « correspondre » à l'impédance de la cartouche.  Oui, c'est peut-être vrai que l'adaptation des impédances donne la tension maximale possible à la sortie du transformateur, mais dans une chaîne hi-fi on ne cherche pas la tension maximale absolue du transformateur, on cherche une tension adaptée à  alimenter le phonostage MM suivant et nous recherchons une fidélité maximale.

Ceci est rarement (voire jamais) réalisé en adaptant les impédances.  La tension de signal appropriée pour un phonostage mm à gérer est d'environ 5 mV.  

Une tension plus élevée dans le phonostage réduira la marge et augmentera la distorsion.  Une tension inférieure compromettra le rapport signal/bruit.

Essayer d'atteindre 5 mV dans le phonostage (avec une fidélité maximale) devrait être l'objectif d'un transformateur élévateur.

La grosse erreur la plus souvent commise lors de la sélection d'un transformateur pour une cellule à bobine mobile est de négliger la tension requise à l'entrée de l'étage phono et d'essayer à la place de faire correspondre les impédances de sorte que, par exemple, une cellule avec une impédance de source de 5 ohms voit un 5  charge ohmique à l'entrée du transformateur.  

Cette approche considère l'impédance de la cartouche comme le facteur le plus important alors qu'en réalité il devrait s'agir de la tension de sortie de la cartouche.

Pour démontrer à quel point l'approche « impédance adaptée » peut être erronée, prenons comme exemple une cellule Ortofon Vivo Red avec une impédance de source de 5 ohms.  

Afin de "faire correspondre l'impédance", les 47 000 ohms du côté secondaire du transformateur devraient apparaître comme 5 ohms du côté primaire. Cela signifie que le rapport d'impédance doit être de 9 400 (car 47 000 divisé par 5 égale 9 400) et  par conséquent, le rapport de tours doit être la racine carrée de 9400, ce qui est 97.

Nous devons donc trouver un transformateur élévateur avec un rapport de tours de 1: 97. Cependant, la tension de sortie du Vivo Red est de 0,5 mV et la tension fournie au  phonostage par un transformateur 1:97 serait de 24 mV.

Cela suffirait à surcharger la plupart des phonostages et serait loin d'être optimal. Une bien meilleure approche pour trouver un rapport de transformateur approprié serait de travailler avec la tension de sortie de la cartouche.

Le Vivo Red  a une sortie de 0,5 mV et le phonostage nécessite environ 5 mV pour les meilleures performances, donc un rapport de 1:10 semblerait être bien meilleur.

L'approximation du premier ordre suggère qu'un rapport de 1:10 nous donnerait 5 mV. Est-ce que cela tient toujours  vrai si l'on considère également les 5 ohms de la cartouche  l'impédance de source et l'impédance de charge présentées par le transformateur ?  

Oui.  Un transformateur 1:10 avec une charge de 47k sur son enroulement secondaire présente une charge de 470 ohms à la cartouche.  

Le diviseur de tension formé par l'impédance de la source de 5 ohms et la charge réfléchie de 470 ohms signifie que seulement 5/(470+5) tombe sur l'impédance interne de la cartouche et la tension réelle à la sortie du transformateur est de 4,95 mV, c'est-à-dire extrêmement proche de la  estimer en utilisant la méthode approximative.  

La charge de 470 ohms vue par la cellule est parfaitement compatible avec la charge recommandée par Ortofon de >10 ohms.  La méthode "d'adaptation d'impédance" consistant à utiliser un transformateur à rapport 1:97 donnerait à la cartouche une impédance de charge de 5 ohms, ce qui est en dehors des recommandations du fabricant.  

De plus, pour les raisons expliquées ci-dessous, un transformateur 1:97 aurait des performances sérieusement compromises par rapport à un transformateur 1:10.

Considérons maintenant une autre cartouche, la Dynavector Karat17D3 avec une bobine de 38 ohms.  En utilisant l'approche d'adaptation d'impédance pour trouver le meilleur rapport de transformateur, nous obtenons un rapport de 1:35 et la sortie de 0,3 mV de la cartouche devient 5,25 mV à la sortie du transformateur.  

Cette fois, l'approche « d'adaptation d'impédance » semble avoir bien fonctionné, mais est-ce vraiment le meilleur rapport de virage ?  Peut-être pas, car la charge recommandée par Dynavector est de 100 ohms et un transformateur 1:35 donnerait à la cartouche une charge de 38 ohms.  

Dans ce cas, un rapport de rotation inférieur serait préférable.  Par exemple, un transformateur 1:20 donnerait à la cartouche une charge de 117,5 ohms et une sortie de 4,5 mV.  De plus, un transformateur 1:20 est susceptible d'avoir de meilleures performances qu'un transformateur 1:35, comme expliqué ci-dessous.

transformateurs du monde réel

Les calculs ci-dessus supposent des transformateurs parfaits.  Cela signifie des transformateurs enroulés avec un fil de résistance nulle, avec une capacité nulle entre les enroulements, avec une inductance de fuite nulle, avec une inductance primaire infinie, etc., ce qui entraîne une large bande passante couvrant au moins 20 Hz - 20 kHz.  

Cependant, dans le monde réel, nous devons vivre dans les contraintes que la nature nous impose et travailler avec des matériaux qui ont une résistance, une capacité, etc.  ceux avec des ratios de step-up inférieurs.  

En effet, un rapport plus élevé nécessite plus de tours de fil sur l'enroulement secondaire, et plus de tours signifie plus de résistance et plus de capacité entre les enroulements.  

Ces facteurs se combinent avec toute inductance de fuite et compromettent la réponse haute fréquence du transformateur.  Cela prend généralement la forme d'une sonnerie sur la forme d'onde (voir ci-dessous) et d'une atténuation plus précoce des hautes fréquences.

Alternativement, pour préserver la réponse haute fréquence, un rapport de tours plus élevé peut être obtenu en ayant moins de tours de fil sur le primaire, mais cela réduit l'inductance primaire et compromet la réponse basse fréquence du transformateur.  

En règle générale, lorsque tous les autres facteurs sont égaux, un rapport d'élévation inférieur donne de meilleures performances qu'un rapport d'élévation supérieur.  

Très souvent, un rapport d'élévation inférieur donnant seulement 1 dB ou 2 dB de sortie en moins peut donner une bande passante beaucoup plus large.  Pour les meilleures performances possibles, choisissez si possible un rapport de virage inférieur.

chargement du transformateur

L'idée que les performances optimales proviennent de l'adaptation de l'impédance de la charge à l'impédance de la cartouche (indiquée ci-dessus comme étant quelque peu aléatoire) donne également lieu à une autre erreur - celle de la charge du transformateur.  

La théorie erronée, parfois préconisée sur les sites Web et les forums, dit qu'une résistance de charge sur l'enroulement secondaire du transformateur peut être utilisée pour "charger correctement la cartouche" ou pour "faire correspondre le transformateur à la cartouche".  

C'est en effet une théorie très douteuse, alors analysons ce qui se passe réellement.  Prenons comme exemple la cellule Ortofon Vivo Red examinée ci-dessus (impédance de source de 5 ohms, tension de sortie de 0,5 mV).  

Comme cela a déjà été déterminé, un transformateur 1:10 nous donnera la tension dont nous avons besoin pour un phonostage MM, mais les partisans du « chargement correct » peuvent être convaincus que la cartouche fonctionne mieux avec une charge particulière, malgré la charge recommandée par le fabricant.  

tout ce qui dépasse 10 ohms.  Alors, quelle est « la bonne charge » ?  Souvent, on prétend qu'elle est la même que l'impédance de source de la cartouche, d'où une « adaptation » est réalisée.  

Comme indiqué ci-dessus, un rapport de tours de 1:97 présentera une charge de 5 ohms à la cartouche, mais que se passe-t-il si un tel transformateur est introuvable ?  Que faire si le transformateur le plus proche disponible est 1:36 ?  

Cela peut-il être fait pour « correspondre correctement à la cartouche » ?  Le transformateur avec une charge normale de 47k donnerait à la cartouche une charge de 36 ohms (et produirait une tension de sortie de 15,8 mV).  

Afin de faire correspondre ce transformateur à la cartouche avec une impédance de charge au primaire de 5 ohms, une charge sur le secondaire de 6480 ohms pourrait être utilisée au lieu des 47k normalement trouvés sur un phonostage MM.  

Cela ne produirait pas seulement une impédance de charge pour la cartouche de 5 ohms, cela réduirait également la tension de sortie à 9 mV.  La résistance de charge supplémentaire a-t-elle maintenant rendu le système optimal ?  Non, ce n'est pas le cas.  

La cellule voit maintenant la moitié de l'impédance minimale recommandée par le fabricant et la tension du signal dans le phonostage MM est encore suffisante pour réduire considérablement sa marge.  

Clairement, ce n'est pas optimal, mais c'est bien mieux qu'avec un transformateur 1:36 et sans résistance de charge supplémentaire.  Quiconque adopte une approche empirique pour optimiser son système et expérimente des résistances de charge sur la base de l'idée de « l'adaptation d'impédance » telle que préconisée sur certains sites Web conclurait (naturellement) que leur système sonne désormais mieux parce que « la cartouche est chargée correctement ».  

En fait, cela sonne mieux parce que le phonostage est moins saturé qu'avant.  Ce serait encore mieux si un transformateur 1:10 était utilisé au lieu d'essayer de faire en sorte qu'un transformateur avec un rapport de tours beaucoup trop élevé "corresponde" à n'importe quoi en le truquant avec des résistances.

Les mythes de « chargement correct » ou « d'adaptation de la charge » sont alimentés par un sous-produit fortuit du chargement du transformateur avec une résistance supplémentaire - une sonnerie amortie, analysée plus en détail ci-dessous.

TXB47k
chiffre 1a

TXB22k
figure 1b

TXB10k
chiffre 1c

TXB5k1
chiffre 1d


Sonnerie du transformateur

Tous les transformateurs ont des limitations dues à la capacité inévitable entre les enroulements, l'inductance de fuite, etc. et celles-ci déterminent la bande passante du transformateur et peuvent produire une « sonnerie ».  

La sonnerie peut être considérée comme un dépassement aux coins d'une onde carrée, comme illustré dans les figures ci-dessus.  Une impédance de charge inférieure sur l'enroulement secondaire du transformateur a deux effets : une sortie réduite et une sonnerie amortie.  

Cela explique peut-être pourquoi les personnes essayant de régler leur système à l'oreille ont signalé que les résistances de charge (destinées à charger correctement la cartouche) ont un effet bénéfique.

Cependant, en réalité, l'amélioration de la qualité du son n'est pas due au chargement correct de la cartouche, mais au fait que le phonostage est moins saturé et à la sonnerie du transformateur amortie.

Une bien meilleure approche pour optimiser la qualité sonore serait de séparer les deux problèmes et de les traiter individuellement.  La surcharge du phonostage serait résolue en utilisant un transformateur avec un rapport de tours inférieur, et cela seul aurait l'avantage supplémentaire de meilleures performances.  

La sonnerie peut être traitée en utilisant un réseau résistance-condensateur convenablement choisi sans la pénalité d'une perte de signal excessive.  Dans le cas de l'Ortofon Vivo Red de l'exemple ci-dessus, une réduction de la tension de sortie est un avantage, mais le plus souvent ce n'est pas un avantage.  

Avec des cartouches telles que la Denon DL-304 avec sa faible sortie de 0,18 mV, toute perte de tension de signal causée par la tentative d'amortir la sonnerie avec une résistance est indésirable.  

Atteindre le niveau de signal correct est un problème et atténuer la sonnerie du transformateur en est un autre.  Il n'est pas conseillé d'essayer de traiter les deux problèmes avec un seul remède.  

Heureusement, la sonnerie peut être amortie par un réseau résistance-condensateur convenablement choisi sans la pénalité d'une réduction de la sortie.

Les captures d'écran de l'oscilloscope de la figure 1 ci-dessus illustrent la sonnerie et les effets de différentes charges sur l'enroulement secondaire du transformateur.

La figure 1a montre la sortie avec une charge de 47 kohms au secondaire d'un transformateur assez modeste.  La pente en haut et en bas de la forme d'onde est causée par la limite de basse fréquence du transformateur en raison d'une inductance primaire inadéquate.  

Les pics aux coins de la forme d'onde sont dus à la sonnerie du transformateur, également connue sous le nom de dépassement.  Les figures 1b, 1c et 1d montrent ce qui arrive à la forme d'onde lorsque la charge secondaire est réduite à 22k, 10k et 5k1 respectivement.  

La pente de la forme d'onde se redresse à mesure que l'impédance est réduite et que les coins perdent les pics indésirables, mais le niveau global du signal chute également de manière significative.  

Le niveau avec la charge 5k1 est d'environ 10dB inférieur au niveau avec la charge 47k.  Cela montre que bien que les performances du transformateur puissent être améliorées en réduisant l'impédance de charge, le bénéfice se fait au détriment d'une grave perte de niveau de signal.  

Étant donné que l'intérêt d'utiliser un transformateur élévateur avec une cartouche à bobine mobile est de gagner environ 20 dB supplémentaires de niveau de signal, toute perte due à un chargement incorrect du transformateur est inacceptable.

La sonnerie du transformateur qui peut être vue sous forme de pics aux coins de la forme d'onde de la figure 1 est un problème courant et provient d'éléments inductifs et capacitifs (inductance de fuite et capacité entre les enroulements) qui se combinent pour produire une résonance.  

La capacité du câble reliant un transformateur élévateur mc au phonostage suivant joue également un rôle, c'est pourquoi le câble d'interconnexion doit être de conception à faible capacité et aussi court que possible.  

La sonnerie peut être trouvée dans de nombreux transformateurs élévateurs à bobine mobile commerciaux, quel que soit leur prix.  Parfois, la sonnerie se produit à des fréquences très élevées et est raisonnablement bien amortie et donc assez bénigne, mais elle se produit souvent à une fréquence beaucoup plus basse ou sonne pendant une si longue période qu'elle peut provoquer des effets assez audibles.  

Même les transformateurs coûteux de marques audiophiles bien connues présentent souvent des performances médiocres en matière de sonnerie.

La figure 2 ci-dessous montre des captures d'écran d'un oscilloscope d'un transformateur élévateur d'un fabricant d'amplificateurs à valve coûteux.  Le signal d'entrée est à nouveau une onde carrée de 1 kHz provenant d'une source de 10 ohms.  

La figure 2a montre la sortie du transformateur lorsqu'il n'y a pas de charge et le dépassement est assez clair à voir.  Les figures 2b à 2e montrent la forme d'onde de 1 kHz avec différentes charges sur le secondaire du transformateur.  

Une charge de 47k n'a pratiquement aucun effet sur la sonnerie, mais à mesure que la charge est réduite à 22k, 10k et 5k1, la sonnerie est progressivement amortie.  A 5k1, la sonnerie a disparu mais le niveau du signal est réduit.  

Avec ce transformateur particulier, la perte de signal avec la charge 5k1 n'est pas aussi grave que la perte de signal subie par le premier transformateur, mais toute perte de signal doit être évitée.  

Notez cependant que le haut et le bas de la forme d'onde sont très plats, indiquant que ce transformateur a de très bonnes performances en basse fréquence.  

La figure 3 est un examen plus approfondi du coin de la forme d'onde et montre une sonnerie claire qui dure plusieurs cycles avant de s'atténuer.  

La fréquence de la sonnerie est d'environ 100 kHz - bien au-dessus de l'audibilité - il n'y a donc aucune chance d'entendre une sonnerie, mais il est clair que le signal produit par le générateur de signal est gravement déformé.  

La figure 4 montre la sortie d'une entrée d'onde carrée de 10 kHz.  La forme d'onde est à peine reconnaissable comme une onde carrée et il n'est pas difficile d'imaginer quel effet une telle déformation pourrait avoir sur un signal musical.  

Les bords d'attaque des cymbales crash, des cymbales ride et des caisses claires ou l'attaque de cordes pincées pourraient facilement perdre leur intégrité et devenir un fouillis sonore confus.  

Lorsque plusieurs instruments de percussion jouent ensemble, comme c'est très courant, la séparation entre les instruments ne sera pas facilitée par la forte sonnerie illustrée à la figure 4.

TXAOC
chiffre 2a


TXA10k
TXA47k TXA22k

figure 2b

TXAclose
figure 3


chiffre 2c


chiffre 2d


TXA10k47k

chiffre 4


TXA5k1
chiffre 2e


Heureusement, la sonnerie peut être totalement éliminée sans sacrifier le niveau du signal en chargeant correctement l'enroulement secondaire avec un réseau résistance-condensateur, pas une simple résistance (bien que beaucoup trop de transformateurs élévateurs commerciaux négligent totalement cela).  

Bien que des valeurs inférieures de charge résistive sur le secondaire aient tendance à réduire la sonnerie, comme illustré ci-dessus, une charge avec un réseau de résistances/condensateurs correctement optimisé produira des résultats bien supérieurs.  

Étant donné que différents transformateurs sont construits avec des matériaux de noyau, une épaisseur de fil, un nombre de spires et des techniques d'enroulement différents, le réseau de charge optimal sera différent pour chacun, et la seule façon de déterminer le bon réseau consiste à mesurer.

La figure 5 ci-dessous montre le transformateur des figures 2 et 3 après l'application d'un réseau de charge optimisé, encore une fois avec une entrée d'onde carrée de 1 kHz.  La sonnerie a été éliminée et le niveau de signal disponible dans une charge de 47k a été maintenu.

La figure 6 montre l'effet de l'application d'un réseau de chargement non optimal.  Dans ce cas, les valeurs incorrectes des composants (de seulement quelques nanofarads et quelques kilohms) ont entraîné une déformation assez particulière de la forme d'onde.  

Cela illustre la nécessité d'obtenir le bon réseau de chargement plutôt que de copier un réseau optimisé pour un transformateur différent.

Soit dit en passant, l'utilisation de fil d'argent pour les enroulements peut sembler impressionnante mais n'apporte pas grand-chose ou rien aux performances du fait que l'argent n'a que légèrement moins de résistance que le cuivre et que les facteurs limitatifs des performances du transformateur sont dus à la taille et à la perméabilité finies.

 du noyau, l'inductance de fuite et la capacité entre les enroulements, dont aucun n'est amélioré par l'utilisation de fil d'argent.  Cependant, cela a un impact important sur le coût.  Il va sans dire que les boîtiers élaborés avec des panneaux avant en aluminium fraisé en 3D ou des tourelles plaquées or, bien que très agréables à regarder, n'ont également aucun avantage pour les performances audio mais, encore une fois, ont un impact sur le coût.


TXAopt
chiffre 5


TXAinc
chiffre 6


tests d'écoute et résultats empiriques

Vous trouverez beaucoup de conseils mal informés sur internet (sur n'importe quel sujet).  

Souvent, des conclusions incorrectes ont été tirées d'essais empiriques et de conseils trompeurs formulés, par exemple lorsque des résistances de charge ont été ajoutées aux secondaires des transformateurs élévateurs.  

Oui, les performances se sont améliorées.  Non, ce n'était pas parce que l'impédance de la cartouche était adaptée à quoi que ce soit.  Parfois, les lois de la physique ont été mal interprétées.  

Oui, le rapport du transformateur qui rend l'impédance de charge égale à l'impédance de source donne la tension maximale.  Non, cela ne vous donne pas les performances de fidélité les plus élevées.

Il existe divers articles sur des sites Web qui indiquent ou impliquent que les effets audibles de la modification de la charge sur l'enroulement secondaire d'un transformateur sont dus aux différentes charges transformées vues par la cartouche de la bobine mobile.  

Dans un article sur les transformateurs élévateurs sur le site Web de 6moons (http://www.6moons.com/audioreviews/stepup/primer.html), Tom Miccolis déclare « ... vous pouvez expérimenter en abaissant la valeur d'impédance primaire dans  afin de voir quel effet cela a sur le son résultant de votre système.

Cela peut être accompli en utilisant des résistances en parallèle sur le côté secondaire du transformateur.

Tout à fait vrai, mais des résistances en parallèle sur le côté primaire du transformateur chargeraient également la cartouche.  Pourquoi ne pas faire ça à la place ?  

Aucune explication n'est donnée.  L'explication la plus probable est que toutes les différences audibles produites par les résistances de charge sont dues à une sortie réduite et à une sonnerie réduite, c'est-à-dire des modifications des performances du transformateur, et non des modifications des performances de la cartouche.  

Le même article contient d'autres erreurs et informations trompeuses, telles que l'indication de rapports d'augmentation de 20:1 au lieu de 1:20, et bien pire, indiquant que "la charge de la résistance peut provoquer une sonnerie sur le signal".  

Au contraire, la charge de la résistance amortit la sonnerie, ne la provoque pas, comme cela est clairement illustré dans les captures d'écran ci-dessus.

En vérité, un transformateur élévateur ne peut être entièrement optimisé qu'avec une charge très spécifique sur son secondaire.  S'il fonctionne en circuit ouvert ou dans une impédance de charge trop élevée, il affichera presque certainement une sonnerie sur sa sortie.  S'il fonctionne avec une impédance trop faible, il ne souffrira pas de sonnerie sur sa sortie mais aura peut-être une réponse haute fréquence réduite et la tension du signal ne sera pas augmentée autant qu'elle le serait autrement.

Ceci est confirmé par des expériences et des tests d'écoute, même par des personnes qui ne comprennent pas complètement les détails techniques de la charge des transformateurs.  

Dans un autre article sur les transformateurs élévateurs sur Internet (http://www.high-endaudio.com/RC-Step-ups.html), Arthur Salvatore conclut que la charge du transformateur est cruciale pour optimiser les performances (tout à fait vrai) et après  décrivant les résultats de ses expériences empiriques avec la résistance chargeant le transformateur Bent Silver, il déclare que "lorsque la valeur de la résistance est trop élevée, le son sera normalement brillant, vers l'avant, léger et maigre" et poursuit en disant que "lorsque la valeur de la résistance  est trop faible, le son sera normalement sombre, en retrait et compressé".  

Il dit également qu'avec une impédance de charge légèrement réduite, le son avait une "séparation plus importante", mais une réduction excessive de la valeur de la résistance faisait trop chuter le volume.

Tous les résultats de M. Salvatore étaient prévisibles et tous concordent avec les résultats des expériences de chargement de transformateur décrites ci-dessus.  

Au début, l'impédance de charge réduite atténue la sonnerie dans le transformateur et rend le son plus clair et moins brillant.  Des réductions supplémentaires de la charge font en sorte que les hautes fréquences s'équilibrent mieux avec les basses fréquences (comme prédit par l'aplatissement de l'onde carrée dans la figure 1 ci-dessus) et la réduction de l'impédance de charge fait encore plus chuter le niveau du signal à un point tel que le transformateur  ne s'intensifie plus suffisamment pour être d'aucune utilité.  

La bonne façon de charger le transformateur aurait été d'utiliser un réseau de résistances/condensateurs, auquel, en toute justice, l'auteur fait allusion, et qui aurait pu éliminer la sonnerie et maintenir le rapport d'élévation.  Néanmoins, ses résultats empiriques concordent très bien avec la théorie et la mesure.

la méthode de sélection transformateur/cartouche recommandée par Rothwell

En gardant à l'esprit que le phonostage MM amplifie la tension, pas l'impédance, c'est la tension de sortie de la cellule qui est importante, pas l'impédance.  

Une cartouche avec une impédance de source de 3 ohms ne nécessite pas un rapport de tours significativement différent d'une cartouche avec une impédance de source de 20 ohms si leurs tensions de sortie sont les mêmes.  

Prenons comme exemples l'Ortofon Vivo Red et l'Audio Technica ATOC9ML3.  L'Ortofon a une impédance de source de 5 ohms et l'Audio Technica a une impédance de source de 12 ohms.  

Les impédances diffèrent d'un facteur 2,4.  Cela signifie-t-il que les rapports de rotation des deux cartouches doivent différer de 2,4 ?  Ou 2,4 au carré ?  Non, leurs tensions de sortie sont presque les mêmes à 0,5 mV et 0,4 mV et dans les deux cas, un transformateur 1:10 donnera une tension de sortie adaptée à un phonostage MM à gérer.  

Un calcul rapide « fois dix » donne des tensions de sortie de 5 mV et 4 mV.  Une analyse plus précise (prenant en compte les différentes impédances de source) montre que les tensions de sortie précises seront de 4,95 mV et 3,9 mV, c'est-à-dire presque les mêmes que le calcul rapide.  

En fait, tous les calculs ci-dessus sont probablement inutiles dans la pratique.  La majorité des cartouches modernes à bobine mobile à faible rendement peuvent être utilisées avec succès avec des transformateurs dans la plage 1:10 à 1:20.  

C'est vraiment aussi simple que cela.  Des rapports de rotation supérieurs à 1:20 ne sont pas recommandés car les tensions de sortie commencent à devenir trop élevées, les impédances de charge commencent à devenir trop basses, la bande passante commence à diminuer ou une combinaison des trois commence à limiter les performances.  

Des rapports de tours inférieurs à 1:10 ne sont pas recommandés car l'augmentation de tension serait trop faible pour être bénéfique.  (Cependant, certaines des cartouches étiquetées comme « bobines mobiles à haut rendement » peuvent bénéficier de transformateurs à faible rapport d'environ 1:3.)

Visez environ 5 mV dans le phonostage et recherchez le rapport de tours qui produira cela avec la cartouche en question.  

Une tension trop élevée compromettra la marge (mais gardez à l'esprit que les conceptions de vannes ont une marge énorme), et une sortie trop faible entraînera un rapport signal/bruit compromis.  

5mV est un bon chiffre cible à viser.  La plage de 4mV à 6mV couvre un écart de +/- 3dB de part et d'autre de 5mV.  La plage de 3mV à 8mV couvre un écart de +/- 4,5dB autour de la cible de 5mV.  

Ne vous inquiétez pas d'essayer d'obtenir exactement 5 mV et ajustez vos calculs en conséquence si votre phonostage est plus sensible que d'habitude.  Si votre phonostage indique sa sensibilité à 3,5 mV par exemple, utilisez-le comme chiffre cible au lieu de 5 mV.  

Après avoir trouvé une correspondance probable en utilisant uniquement la tension de sortie de la cartouche et le rapport de rotation du transformateur, vous pouvez vérifier que l'impédance transformée est acceptable, bien qu'elle le soit presque certainement.  

En supposant une charge de phonostage MM standard de 47 k, un rapport de tours de 1:10 donnera à la cartouche une impédance de charge de 470 ohms et un rapport de tours de 1:20 donnera à la cartouche une impédance de charge de 117,5 ohms (en l'absence de tout  charge des composants modificateurs).

autres exemples

Le tableau ci-dessous présente les spécifications d'une gamme de cartouches modernes à bobine mobile à faible rendement.  

L'utilisation d'aimants modernes en terres rares a permis à la plupart des cartouches à bobine mobile d'avoir une sortie raisonnablement saine d'environ 0,4 mV ou 0,5 mV tout en maintenant une faible impédance de source.  

Cela rend les signaux qu'ils produisent beaucoup plus faciles à gérer que les cartouches d'il y a 40 ans (les aimants au néodyme n'ont été inventés qu'en 1983), donc les problèmes d'antan ne sont heureusement plus un tel problème maintenant.

Tous les Audio Technicas fonctionneront bien avec des transformateurs 1:10 et produiront une tension suffisante pour un phonostage MM typique.  Ils fonctionneront également bien avec des transformateurs 1:20, produisant des tensions de 7,3 mV, 6,4 mV et 6,4 mV respectivement.

Les quatre premiers Ortofons de la liste avec des tensions de sortie inférieures à 0,4 mV fonctionneront bien avec des transformateurs 1:10 et des transformateurs 1:20.  

Ceux avec des sorties de 0,5 mV fonctionneront bien avec des transformateurs 1:10.  Des transformateurs 1:20 peuvent être utilisés lorsque le phonostage peut supporter une tension d'entrée de 9,6 mV.  9,6 mV est supérieur de 5,7 dB à 5 mV, mais les phonostages MM doivent avoir une marge de 20 dB ou plus.

Les Dynavectors fonctionneraient également bien avec des transformateurs 1:10 ou des transformateurs 1:20.

Les Denon ont la particularité d'avoir des impédances de source élevées mais des tensions de sortie assez faibles.  Une analyse plus détaillée des cartouches Denon peut être trouvée ici, mais le résumé est que 1:20 est un bon rapport pour elles.

Lyra fabrique d'excellentes cartouches, mais leurs chargements recommandés semblent déroutants.  Sur leur site Web, ils disent que la charge recommandée "directement dans l'entrée phono MC : 91 ohms - 47 kohms", mais ensuite "charge recommandée via un transformateur élévateur : 5 - 15 ohms".  

Pris littéralement, cela n'a aucun sens, mais cela signifie probablement que le transformateur doit être conçu pour une impédance de source de 5 à 15 ohms plutôt que de présenter une charge de 5 à 15 ohms à la cartouche.  Quoi qu'ils veuillent dire, leurs cartouches fonctionnent bien avec des transformateurs 1:10.

Enfin, il existe de nombreuses cartouches fabriquées avant 1990 environ qui ont des sorties beaucoup plus faibles que les cartouches modernes du tableau 1 ci-dessus (inférieures à 0,2 mV).  

En théorie, ils devraient être utilisés avec des rapports d'élévation supérieurs à 1:20, mais l'expérience a montré que 1:20 est encore suffisant dans de nombreux cas.  

Les performances supérieures des rapports de tours inférieurs restent attrayantes et les transformateurs avec des rapports nettement plus élevés doivent être approchés avec prudence.  L'auteur a rencontré un transformateur élévateur mc avec un rapport de tours de 1:100.  Sa bande passante avec une source de 10 ohms était bien inférieure à 20 kHz.

Données MC

Transformateurs Rothwell

Le MC1 a un rapport de surélévation de 1:12,9, le MCX a un rapport de surélévation de 1:10 et le MCL a un rapport de surélévation de 1:20.  Dans tous les cas, l'impédance d'entrée est de 100 ohms.  

En effet, la charge est utilisée du côté primaire du transformateur ainsi que du côté secondaire pour maintenir une charge de 100 ohms.  

La charge supplémentaire rend l'impédance d'entrée compatible avec une très large gamme de cartouches et a l'avantage supplémentaire de lisser les non-linéarités dans l'impédance d'entrée causées par les aspects pratiques de la conception du transformateur tels que l'inductance de fuite non nulle et l'enroulement  capacitance.

Les enroulements secondaires du MC1 et du MCL ont des réseaux de chargement optimisés de sorte que lorsqu'ils sont alimentés dans un phonostage à aimant mobile de 47k, la bande passante et le gain de tension sont maximisés et la sonnerie éliminée.  

N'utilisez pas de chargement supplémentaire sur le secondaire du MC1, MCX ou MCL afin d'essayer d'améliorer le chargement de la cartouche ou l'appariement des cartouches comme prescrit par des conseils douteux trouvés sur Internet.

Le MCX et le MCL sont tous deux des appareils de qualité supérieure avec des matériaux de base de très haute qualité et des techniques d'enroulement sophistiquées offrant aux transformateurs une large bande passante et une bonne réjection des ronflements.

Le MC1 est un transformateur d'entrée de gamme, mais toujours capable de très bonnes performances.

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